Tecnología TOF (Time of flight)

Tecnología TOF (Time of flight)
Sensores CMOS para obtención
de imágenes 3D en tiempo real
XXXI Jornadas de Automática industrial 2010
Universidad de Jaén, Septiembre 2010
Infaimon.com
INFAIMON Su
S Asesor en Visión Artificial
INFAIMON inició su andadura en 1994 con el objetivo de dedicarse de
forma exclusiva al mercado de la visión y ofrecer un servicio de máxima
calidad a sus clientes.
Disponemos de oficinas en
España, Portugal y México.
En la actualidad
actualidad, estamos
extendiendo nuestra labor a
otros países de iberoamérica.
2
M cho más q
Mucho
que
e una
na compañía de distrib
distribución
ción
En INFAIMON no solo comercializamos sistemas y componentes
p
de
visión artificial y análisis de imagen, ofrecemos servicios que permiten
a nuestros clientes aumentar sus conocimientos y asegurar la viabilidad
de sus aplicaciones
aplicaciones.
3
INFAIMON Su
S Asesor en Visión Artificial
Nuestro asesoramiento está enfocado a proporcionar los conocimientos
necesarios para la correcta elección del producto y su utilización de la
manera más eficiente, consiguiendo así su óptimo rendimiento.
4
Tecnologías 3D
Stereo Vision
Triangulación
Láser
Precisión
+
(Si el contraste es
ó ti )
óptimo)
Velocidad
-
--
Tamaño
-
-
Coste
+
--
Handicaps
Depende de la base
Depende de la
superficie
Movimiento
Coste
++
Tecnologías 3D (2010)
Stereo Vision
Triangulación
Láser
3D TOF
Precisión
+
(Si el contraste es
óptimo)
ópt
o)
Velocidad
-
--
++
Tamaño
-
-
++
Coste
+
--
++
Handicaps
*Depende de la base
Depende de la
superficie
Movimiento
Coste
Precisión
++
~ →+
Introducción a la tecnología
g TOF (sistema
(
tipo)
p )
3. Each pixel of the TOF image
3
Each pixel of the TOF image
sensor measures time
that light needs to travel
between camera and scene
1. Infrared light source
inside the TOF camera
illuminates the scene
∼
USB/ETH
interface
5. Point cloud data is
transferred to PC
for image processing
modulated light
4. TOF camera calculates 4
TOF camera calculates
distance to scene
for each pixel
reflected wave
2. Reflected light is detected
2
Reflected light is detected
on TOF image sensor
modulated light
scene
Integración 3D-TOF
3D TOF (Pulse Modulation)
Integración 3D-TOF
3D TOF (Phase
(Phase-Measurement
Measurement modulation)
Integración 3D
3D-TOF
TOF (Phase-Measurement
(Phase Measurement modulation)
Integración 3D
3D-TOF
TOF (Phase-Measurement
(Phase Measurement modulation)
A=
B=
c (τ 0 ) + c (τ 1 ) + c (τ 2 ) + c (τ 3 )
4
[C (τ 3 ) − C (τ 1 ) ]2 + [C (τ 0 ) − C (τ 2 ) ]2
2
b/w image
⎛ c((τ 3 ) − c((τ 1 ) ⎞
⎟⎟
ϕ = atan ⎜⎜
⎝ c(τ 0 ) − c(τ 2 ) ⎠
Distance
Resolución y repetitibilidad en la medida de distancias (Z)
Dos aspectos a tener en cuenta:
•
Precisión en la medida: < 1cm para un sistema standard
•
Repetitibilidad (ruido): <1.5mm
Resolución y repetitibilidad en la medida de distancias (Z)
•F = Frecuencia de modulación
•A = Amplitud de luz modulada
•B
B = Iluminación externa
1
σ ∝
F
σ ∝
B+ A
A
Ejemplo
j p industrial de cámara TOF:
3D point cloud
(x,y,z)
LED
Illumination
2D image
(grayscale)
AD
Converter
Interface
Image
Sensor
LED
Illumination
Digital
Signal
Processing
confidence
map
USB/
Ethernet
12V DC, 0.9A
trigger
Ejemplo
j p industrial de cámara TOF:
• 176 x 144 Pixel
• Data format: x,y,z
• Real-time image acquisition
• Interface: USB / Ethernet
• Down to millimeter accuracy
• Industrial-grade housing
• Distance range: 0.3 – 5/10 m
• 65 x 65 x 68 mm3
Mapa
p de profundidad
p
Pseudo-Imagen
g
‘Confidence Map’
p
¿Utilización de múltiples cámaras?
¾ Cuando mas de una cámara opera con la misma frecuencia de
modulación, la luz interfiere en la imagen.
¾ Para eliminar este problema se pueden seleccionar ‘n’
frecuencias de modulación (10, 14.5, 15, 15.5, 29, 30 …MHz.)
Aplicaciones.
Logística
•
•
Mediciones de Volumen
Robots Móviles
Aplicaciones.
Seguridad Agricultura/Ganadería,
Seguridad,
Agricultura/Ganadería interfaz Hombre-Máquina
Hombre Máquina
• Control de accesos
• Control de objetos
• Seguridad de altas prestaciones
• Robots recolectores
• SOA
• Control de cultivos
• Computer Games
• Realidad Virtual
• Anuncios
A
i interactivos
i t
ti
/ Marketing
M k ti
Conclusiones 2010
• Mayor precisión en Z / Mayor frecuencia de modulación
• Mayor
y Frame Rate / mayor
y sensibilidad en sensor
• Mejoras de la supresión de ‘pixel background light’ para
aplicaciones en el exterior
• Incrementar la resolución en sensor
• Reducción de costes
¿Seguro que podemos creer todo lo que vemos en 2D?
Ruegos
g y Preguntas
g
Gracias por su atención!
Toni Ruiz
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22
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